一种用于保护在井筒中使用的模块的设备可以包括与模块相关联的多个冲击保护元件。多个冲击保护元件相配合地具有对所施加冲击事件的宏观非线性弹簧响应。多个冲击保护元件可以至少包括外壳和将模块与外壳连接的减震器。一种用于保护在井筒中使用的模块的相关方法可以包括将模块包围在多个冲击保护元件内；将模块设置在井筒中；以及使模块经受冲击事件。多个冲击保护元件相配合地具有对冲击事件的宏观非线性弹簧响应。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于为井筒装置提供冲击和振动保护的装置和方法。
技术介绍
碳氢化合物的勘探和生产通常需要使用被下降到井筒中的各种工具，诸如钻探组件、测量工具和生产装置(例如压裂工具)。可以将电子部件设置在井下用于各种目的，诸如控制井下工具、与地面进行通信以及数据的存储和分析。这些电子部件通常包括被封装以提供保护免受井下状况(包括温度、压力、振动和其它热机械应力)的影响的印刷电路板(PCB)。在一方面，本专利技术解决了提高对电子部件以及井筒中使用的其它冲击和振动敏感装置的冲击和振动保护的需要。
技术实现思路
在各方面，本专利技术提供了一种用于保护在井筒中使用的模块的设备。该设备可以包括与模块相关联的多个冲击保护元件。多个冲击保护元件相配合地具有对所施加冲击事件的宏观非线性弹簧响应。多个冲击保护元件可以至少包括外壳以及将模块与外壳连接的减震器。在各方面，本专利技术提供了一种用于保护在井筒中使用的模块的方法。该方法可以包括将模块包围在多个冲击保护元件内，其中多个冲击保护元件至少包括：外壳以及将模块与外壳连接的减震器；将模块设置在井筒中；以及使模块经受冲击事件，其中多个冲击保护元件相配合地具有对冲击事件的宏观非线性弹簧响应。为了更好地理解本专利技术的以下详细描述以及为了可以更清楚它们对本领域的贡献，相当广泛地概括了本专利技术某些特征的示例。附图说明为了详细地理解本专利技术，应当结合附图参考实施例的以下详细描述，其中相同的元件采用相同的附图标记，其中：图1示出了根据本专利技术可以使用一个或多个冲击保护器的井系统的示意图；图2A示意性地示出了根据本专利技术使用细长的支撑件的冲击保护器的一个实施例；图2B用等角视图示出了图2A的冲击保护器；图3A示意性地示出了根据本专利技术使用多个冲击吸收和衰减层的冲击保护器的一个实施例；图3B示出了在冲击事件期间图3A的冲击保护器的代表性行为的曲线图；图4A示意性地示出了根据本专利技术的包括具有流体的多孔介质的冲击保护器的一个实施例；图4B示意性地示出了在冲击事件期间图4A的冲击保护器的代表性流体运动；图5示意性地示出了根据本专利技术使用晶格结构的冲击保护器的一个实施例；图6A示意性地示出了根据本专利技术使用弹性垫圈的冲击保护器的一个实施例；图6B示意性地示出了根据本专利技术使用流体的弹性垫圈的一个实施例；图6C示意性地示出了根据本专利技术使用多个弹性层的弹性垫圈的一个实施例；图6D用等角视图示出了使用沿着不同平面定向的多个弹性垫圈的根据本专利技术的实施例；图7A示意性地示出了冲击保护器和相关联的电子模块在钻柱环中的定位。图7B示意性地示出了用于保护被直接安装到钻柱的一部分的电子模块的示例性冲击保护器；图7C示意性地示出了根据本专利技术可以请求与冲击保护器连接的电连接件；图7D-图7E示意性地示出了可以与被定位在舱口中的封装模块一起使用的根据本专利技术的实施例的示例性冲击保护器；以及图7F示意性地示出了图7E实施例的截面侧视图。具体实施方式钻探状况和动力学产生持续且强烈的冲击和振动事件。这些事件可诱发钻柱中使用的装置和部件中的电子器件故障、疲劳和加速老化。在各方面，本专利技术提供了用于保护这些部件免受与这些冲击事件相关联的能量的影响的装置和方法。本专利技术的各实施例可以使用与结构元件和材料结合的分层的、分级的和/或阻尼结构以实现宏观非线性弹簧行为、衰减和耗散。这些结构可以保护传感器、电子器件和组件免受振动和冲击能量的影响。在一些实施例中，层可以呈现出弹性、粘弹性、阻尼或液压气动特性。本专利技术的结构和方法可以通过限制在冲击事件和随机振动期间耦合到结构的瞬时机械能(P(t))水平使结构损坏、弹性变形限制以及由于变形导致的循环疲劳最小化。参考图1，测井、生产和/或钻探系统10的示例性实施例包括输送装置，诸如被示出设置在井筒14中的井筒柱12，所述井筒14在钻探、测井和/或碳氢化合物生产操作期间穿透至少一个地球岩层16。输送装置可以包括一个或多个管道部分、形成工具柱的各段的挠性管、井下牵引器或者下降工具。在一个实施例中，系统10还包括井底钻具组件(BHA)20。在一个实施例中，BHA20或者井筒柱12的其它部分包括被配置成估计地层14、BHA20和/或井筒柱12的至少一个特性的钻探组件和/或测量组件，诸如井下工具22。工具22连接到适当的电子器件用于接收传感器测量结果、存储或传输数据、分析数据、控制工具和/或执行其它功能。这些电子器件可以在井下被结合在电子模块24中，和/或被结合在表面处理单元26中，电子模块24被结合作为工具22或柱12的其它部件的一部分。在一个实施例中，电子模块24和/或表面处理单元26包括根据需要提供数据存储和处理、工具22的通信和/或控制的部件。在电子模块中的示例性电子器件包括印刷电路板组件(PCBA)和多芯片模块(MCM)。模块24可以为BHA的工具仪器模块，其可以是液晶压力或温度检测装置，或者频率源、传感器声学装置、陀螺仪、加速计、磁力计等，敏感机械组件、MEM、多芯片模块MCM、印刷电路板组件PCBA、柔性PCB组件、混合式PCBA安装装置、具有层压基板的MCMMCM-L、具有陶瓷基板的多芯片模块，例如LCC或HCC、采用球栅阵列或者铜堆互连技术的紧凑型集成电路IC堆叠组件等。所有这些类型的模块24通常由不能承受弯曲力和扭转力并因此有利于保护以下描述的封装壳体和分层保护装置的脆且易碎的部件制成。下文描述了用于保护冲击和振动敏感设备的示例性结构，诸如电子模块24(图1)。为了便于讨论，这些结构将被称为冲击保护器。然而，应当理解，这些结构在保护设备免受振动的影响方面同样有效。虽然在电子模块的环境中讨论了本文描述的实施例，但是各实施例可以与将受益于具有高阻尼、高热传导和/或低疲劳应力的结构的任何部件结合使用。此外，虽然在井下工具、部件和应用的环境中描述了本文的实施例，但是实施例并不限制于此。图2A-图2B示意性地示出了用于保护一对模块24免受冲击和振动的影响的冲击保护器100的一个实施例。图2A是在图2B中用等角视图示出的冲击保护器的截面视图。模块24可以被固定在形成为“H形梁”的底盘50中。冲击保护器100可以包括分布在底盘50周围的多个弹性支撑件102以及插在每个模块24与底盘50之间的一个或多个垫104。在该非限制性实施例中，使用了两对不同尺寸的支撑件102。如本文所使用的，术语“弹性”是指其中材料具有弹性变形区域和塑料变形区域且其中弹性变形区域具有吸收/耗散与冲击事件相关联的能量的至少一部分的能力的连接。压力筒106封装冲击保护器100和模块24。冲击保护器100和相关联的电子模块24定位在柱12的孔内(图1)，使得钻探泥浆流围绕并浸没压力筒106。在一种布置中，支撑件102形成模块24与压力筒106之间的弹性连接装置。因此，在某种意义上，模块24可以看作是通过支撑件102悬置在压力筒106中。支撑件102可以形成为沿着纵向工具轴线54(图2B)被拉长的条带。支撑件102的轴向长度可以被选择以在“波腹”处抵抗工具本体运动。在操作期间，正弦波可以沿着钻柱12(图1)和BHA20(图1)传播。这些波使钻柱12(图1)和BHA20(图1)相对于轴线54(图2B)横向位移。最大位移(或幅度)的位置被称为波腹本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于保护在井筒中使用的模块的设备，其包括：‑与所述模块相关联的多个冲击保护元件，所述多个冲击保护元件相配合地具有对所施加冲击事件的宏观非线性弹簧响应，其中所述多个冲击保护元件至少包括：‑外壳；以及‑将所述模块与所述外壳连接的减震器。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.28 US 14/2295581.一种用于保护在井筒中使用的模块的设备，其包括：-与所述模块相关联的多个冲击保护元件，所述多个冲击保护元件相配合地具有对所施加冲击事件的宏观非线性弹簧响应，其中所述多个冲击保护元件至少包括：-外壳；以及-将所述模块与所述外壳连接的减震器。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述减震器包括包围所述模块的不同材料的多个分离层。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述减震器包括流体。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述流体至少部分在所述模块周围流动。5.根据权利要求3所述的设备，其中所述减震器包括所述流体驻留在其中的多孔介质。6.根据权利要求3所述的设备，其中所述减震器包括一对相对表面且其中所述流体介于所述相对表面之间。7.根据权利要求3所述的设备，其中所述流体的流动方向不平行于所述所施加冲击事件的方向。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述流体流在不平行之后变为与所施加冲击事件的所述方向对准。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述减震器包括以下至少一项：(i)粘弹性材料，(ii)在经历...
【专利技术属性】
技术研发人员：O·N·范妮，D·W·斯韦特，E·R·阿尔瓦雷斯，B·D·霍普，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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